DE3626815A1

DE3626815A1 - Vorrichtung fuer die verbreiterung der stereobasis fuer stereofonische tonwiedergabegeraete

Info

Publication number: DE3626815A1
Application number: DE19863626815
Authority: DE
Inventors: Guido Torelli; Plaza Alejandro De La
Original assignee: SGS Microelettronica SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1987-02-12
Anticipated expiration: 2006-08-09
Also published as: IT1185876B; FR2586154A1; FR2586154B1; DE3626815C2; US4696035A; IT8521898A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis für stereofonische Tonwidergabegeräte.

Wenn der Abstand zwischen den beiden Lautsprechern bei stereofoner Tonwidergabe relativ klein ist, z. B. nur 60 bis 70 cm beträgt, ist die Raumklangwirkung für den Hörer in einem gewissen Abstand zu den Lautsprechern kaum noch wahrnehmbar oder jedenfalls unzulänglich. Um hier die gleiche Wirkung zu erzielen wie bei in größerem gegenseitigen Abstand angeordneten Lautsprechern, ist es bekannt, die Audio-Eingangssignale des Systems so zu verarbeiten, daß die Raumklangwirkung gesteigert wird, was sich dann als sogenannte "Verbreiterung der Stereobasis" auswirkt.

Das bekannte Verfahren zur Erreichung dieses Ziels besteht in der Verwendung einer "rekursiven" Technik, gemäß welcher eine gegenphasig überkreuzte Diaphonie zwischen den beiden (rechten und linken) Audiokanälen gewöhnlich in der Weise erzielt wird, daß das Ausgangssignal jedes Kanals nach geeigneter Verstärkung oder Dämpfung vom Eingangssignal des jeweils anderen Kanals subtrahiert wird. Zur Vermeidung von dem Fachmann bekannten, mit der Ausbreitung der akustischen Wellen und der Physiologie des Hörvorgangs zusammenhängenden abträglichen Erscheinungen wird eine solche Diaphonie in der Praxis nur über einen Teil der gesamten Bandbreite des Signals hergestellt. Zu diesem Zweck enthalten die Schaltungsanordnungen für die Rückleitung der Signale zu den Eingängen Bandpaßfilter, und darüber hinaus sind auch in den beiden direkten Kanälen Korrektionsfilter angeordnet. Sowohl die beiden direkten Kanäle als auch die überkreuzten Diaphonie-Rückkoppelungen können daher als (aktive oder passive) Filter betrachtet werden, und soweit in der folgenden Beschreibung von Verstärkern die Rede ist, ist darunter in jedem Falle zu verstehen, daß die jeweils stattfindende Verstärkung auch eine geeignete Filterung umfaßt.

Systeme der vorstehend erläuterten Art sind beispielsweise beschrieben in "DIGIT 2000 - VLSI Digital TV System", ITT Semicinductors, Publication Order No. 6251-190-2E, Seite 6. 13, August 1982, oder in "The German Systems and Integrated Circuits for ′High-Quality′ TV Receivers" von U. Buhse, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. CE-28, No. 4, Seite 489, November 1982.

Derartige bekannte Lösungen erfordern vier Verstärker- und/oder Filterblöcke, davon zwei für die direkten Kanäle, d. h. für die Steuerung der Stufen an der Ausgangsseite des Systems, und zwei andere für die für die Verbreiterung der Stereobasis rückgekoppelten Signale. Die Komplexität dieser Blöcke ist abhängig von der Komplexität der angestrebten Filterfunktion. Wenn darüber hinaus beabsichtigt ist, die Basisverbreiterung programmierbar zu gestalten, so erfordert dies ein sehr feinfühliges Verfahren, da die Verstärkung und/oder Filterung in zwei verschiedenen Blöcken parallellaufend mit großer Genauigkeit identisch eingeregelt werden muß.

Ein Ziel der Erfindung ist nun die Schaffung einer rekursiv arbeitenden Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis von stereofonischen Signalen in einem stereofonen Tonwiedergabegerät, welche gegenüber bekannten Ausführungen einen vereinfachten Schaltungsaufbau hat und insbesondere nur einen einzigen Verstärker- und Filterblock in der Rückkoppelungsanordnung benötigt, so daß sie mit verbesserter Wirtschaftlichkeit in eine integrierte Schaltung einbeziehbar ist und es nur einer einzigen Einregelung von Parametern bedarf, um die bewerkstelligte Verbreiterung der Stereobasis zu verändern.

Zur Erreichung dieses Ziels sowie weiterer aus der folgenden Beschreibung hervorgehender Ziele und Vorteile schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis für stereofone Tonwiedergabegeräte, bei welchen ein stereofones Paar bildende erste und zweite Eingangssignale in zugeordneten direkten Verstärkereinrichtungen verstärkt werden, um ein erstes und ein zweites Ausgangssignal zu erhalten, wobei gemäß der Erfindung vorgesehen ist, daß die Ausgangssignale zur Erzielung der Verbreiterung der Stereobasis mittels einer Summiereinrichtung in einer geeigneten, zwischen Gleichphasigkeit und Gegenphasigkeit gewählten Phasenrelation summiert werden und daß das dabei erhaltene summierte Signal in einem einen geeigneten Übertragungsfaktor aufweisenden Reaktionsglied verarbeitet und darauf dem ersten Eingangssignal gegenphasig und dem zweiten Eingangssignal je nachdem, ob die Summierung der Ausgangssignale gleichphasig oder gegenphasig erfolgt, gegenphasig bzw. gleichphasig überlagert wird.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer solchen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 3 ein Schaltbild einer praktischen Ausführung der Anordnung nach Fig. 2, welche insbesondere für die Einbeziehung in eine integrierte Schaltung geeignet ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die stereofone Information eines Audiosignals zur Gänze in der differentiellen Komponente der Signale der beiden Kanäle enthalten ist, während deren gemeinsame Komponente allein eine monofone Information enthält. Im Falle eines monofonen Audiosignals, beispielsweise der Stimme eines in der Mitte des Aufnahmebereichs stehenden Sängers, sind das linke Signal V _l und das rechte Signal V _r identisch und haben jeweils den Wert V _i:

V _l = V _i

V _r = V _i

Im Falle eines Audiosignals mit der stärksten stereofonen Wirkung, z. B. des Tons eines Instruments am äußersten Rand des Aufnahmebereichs, ergibt sich für die beiden Signale dagegen im Idealfall:

V _l = V _i

V _r = 0

oder

Aus den Gleichungen (1) ergibt sich somit, daß ein Signal mit dem größten stereofonen Gehalt eine für beide Kanäle in Modulation und Phase gleiche gemeinsame erste Komponente und eine verschiedene zweite Komponente enthält, welche hinsichtlich der Modulation gleich der ersten Komponente, auf den beiden Kanälen jedoch gegenphasig ist. Eine Verbreiterung der Stereobasis des stereofonen Signals bedeutet also eine Hervorhebung der Differenz-Komponente gegenüber der gemeinsamen Komponente.

Dieses Prinzip findet Anwendung in einer in Fig. 1 dargestellten rekursiv arbeitenden Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung hat getrennte Eingänge 10 bzw. 12 für ein rechtes und ein linkes Eingangssignal R _in bzw. L _in, welche zusammen ein stereofones Paar bilden, und getrennte Ausgänge 14 bzw. 16 for ein rechtes und ein linkes Ausgangssignal R _out bzw. L _out. In den zwischen den Eingängen und den Ausgängen liegenden rechten und linken Kanälen sind ein rechter und ein mit diesem gleichartiger linker Verstärker 18 bzw. 20 angeordnet, welche jeweils im mittleren Bandbereich einen Verstärkungsfaktor B haben. Wie vorstehend bereits erwähnt, können die Verstärker 18 und 20 Filterfunktionen beinhalten, z. B. eine Tiefpaßfilterfunktion für die Dämpfung sehr hoher Töne.

Die Ausgangssignale R _out und L _out werden an ein lineares Verknüpfungsglied 22 gelegt und darin voneinander abgezogen. Das erhaltene Differenzsignal wird an einen Rückkoppelungsverstärker 24 gelegt, welcher ein Bandpaßfilter enthält und einen Verstärkungsfaktor A im mittleren Bandbereich hat. Da der Modul des Verstärkungsfaktor A des Blocks 24 je nach den Auslegungsparametern des gesamten Systems kleiner als 1 sein kann, ist unter dem Ausdruck "Verstärker" hier ein Übertragungsglied zu verstehen, welches sich gegebenenfalls auf ein passives Filterglied reduziert.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 24 wird einerseits an ein dem Eingang des Verstärkers 18 in Reihe vorgeschaltetes Subtraktionsglied 26 gelegt und vom rechten Eingangssignal R _in subtrahiert (oder diesem gegenphasig zuaddiert), und andererseits an ein im linken Kanal dem Eingang des Verstärkers 20 in Reihe vorgeschaltetes Additionsglied 20, um dem linken Eingangssignal L _in phasengleich zuaddiert zu werden.

Zum Ausdruck der durch die Anordnung nach Fig. 1 zwischen den Eingangssignalen und den Ausgangssignalen hergestellten Verknüpfung in mathematischer Form gelangt man schließlich zu den folgenden Ausdrücken, in denen die verschiedenen Bezeichnungen die bereits vorstehend angegebene Bedeutung haben:

Wählt man im Hinblick auf das vorstehend zu Formel (1) Gesagte für die Signale R _in und L _in den Ausdruck

R _in = C - D

bzw.

L _in = C + D,

wobei C die gemeinsame Komponente und D die Differenz- Komponente der beiden Signale ist, dann läßt sich die Formel (2) in folgender Form schreiben:

Da A und B wenigstens im mittleren Bandbereich das gleiche Vorzeichen haben, wird die Differenz-Komponente D bei geeigneten Werten für A und B (d. h. AB ≦ωτ1/2) in größerem Maße verstärkt als die gemeinsame Komponente, so daß sich auf diese Weise die gewünschte Verbreiterung der Stereobasis ergibt.

In der praktischen Ausführung ist der Verstärkungsfaktor A des Blocks 24 vorzugsweise programmierbar oder regulierbar, so daß ein und dieselbe Schaltungsanordnung für verschiedene Zwecke verwendbar ist, bei denen eine unterschiedliche Verbreiterung der Stereobasis erwünscht ist. Dabei ist nicht ausgeschlossen, daß auch die Verstärkungsfaktoren der Blöcke 18 und 20 programmierbar sind.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist weitgehend gleich der in Fig. 1 Gezeigten, weshalb einander entsprechende Teile mit den gleichen, jeweils um 100 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet sind.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß das Subtraktionsglied 22 durch ein Additionsglied 122 und das Additionsglied 28 am linken Kanal L _in durch ein Subtraktionsglied 128 ersetzt ist. Sämtliche übrigen Elemente sind im wesentlichen identisch mit den entsprechenden Elementen in Fig. 1. Für sie gelten die gleichen Angaben bezüglich Verstärker- und Filterfunktionen.

Durch entsprechende Umgestaltung der Gleichungen für die Verknüpfung der Ausgangssignale mit den Differenz- und gemeinsamen Komponenten der Eingangssignale erhält man in diesem Falle:

Da auch in diesem Falle A und B wenigstens im mittleren Bandbereich das gleiche Vorzeichen haben, ist die Verstärkung der Differenz-Komponente stärker als die der gemeinsamen Komponente, so daß sich eine entsprechende Verbreiterung der Stereobasis ergibt. Auch in diesem Falle läßt sich die Verbreiterung der Stereobasis in besonders einfacher Weise durch entsprechende Programmierung oder Regulierung des Verstärkungsfaktores des Rückkoppelungsblocks 124 variieren.

Eine in Fig. 3 gezeigte praktische Ausführungsform der Erfindung weist zwei Funktionsverstärker 200, 202 auf, an deren Eingängen die jeweiligen Eingangssignale R _in bzw. L _in über den gleichen Wert Z ₁ aufweisende Eingangsimpedanzen 204 bzw. 206 liegen. Parallel zu den beiden Funktionsverstärkern 200, 202 ist jeweils eine Impedanz 208 bzw. 210 mit dem gleichen Wert Z ₂ geschaltet.

Die Ausgänge der beiden Funktionsverstärker 200, 202 sind über in Reihe liegende, den gleichen Wert Z ₃ aufweisende Impedanzen 212, 214 miteinander verbunden, deren gegenseitiger Verbindungspunkt über eine weitere Impedanz 216 mit dem Wert Z ₅ mit dem Verbindungspunkt zwischen zwei weiteren in Reihe liegenden Impedanzen 218, 220 mit dem gleichen Wert Z ₄ verbunden ist. Die zuletzt genannten Impedanzen 218, 220 stellen eine Verbindung zwischen den Eingängen der beiden Funktionsverstärker her.

In der Ausführungsform nach Fig. 3, welche besonders für die Einbeziehung in eine integrierte Schaltung geeignet ist, werden die Funktionen der Blöcke 118 und 120 aus Fig. 2 von den Baugruppen 200, 204, 208 bzw. 202, 206, 210 ausgeübt. In jedem Falle ergibt sich für den dem in Fig. 2 dargestellten Fall entsprechenden Verstärkungsfaktor

B = -Z ₂/Z ₁.

Die aus den Impedanzen 212, 214, 216, 218 und 220 gebildete symmetrische Schaltungsanordnung entspricht dem Rückkoppelungsblock 124 zusammen mit dem Additionsglied 122, und für den entsprechenden Übertragungsfaktor ergibt sich

A = -(Z ₁/4)/(Z ₃/2 + Z ₄/2 + Z ₅).

Jeder der Werte Z ₁ bis Z ₅ stellt allgemein eine mehr oder weniger komplexe Funktion dar, z. B. eine Kapazität, einen Widerstand, eine Parallelanordnung von einer Kapazität und einem Widerstand oder eine noch weitergehende Kombination, welche in der dem Fachmann bekannten Weise geeignet ist, die für die notwendige Filterung erforderlichen Übertragungsfaktoren A und B zu erzielen. Die Impedanz 216 kann getrennt von der integrierten Schaltung ausgeführt sein und umfaßt in diesem Falle vorzugsweise einen gegebenenfalls auch auswechselbaren Stellwiderstand, mittels dessen sich die Größe der Verbreiterung variieren läßt. Falls eine solche Anpassung der Verbreiterung nicht notwendig ist, kann die Impedanz 216 als einfacher Kurzschluß ausgebildet sein, wobei dann die entsprechenden Funktionen von den anliegenden Impedanzen 212, 214, 218, 220 übernommen werden können.

Wenn die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 in eine integrierte MOS-Schaltung einbezogen ist, sind Kondensatoren von genau definierter Kapazität zwar relativ einfach realisierbar, es ist jedoch schwierig, Widerstände von einer ausreichend genau definierten Größe zu realisieren. Deshalb sind die zu den Impedanzen 204 und 220 gehörigen Widerstände vorzugsweise nach der bekannten Technik der beschalteten Kondensatoren ausgeführt.

In bezug auf die beiden beschriebenen Ausführungsformen ist anzumerken, daß die sogenannte "Volldifferenz"-Technik Anwendung findet, welche sowohl die direkten als auch die invertierten Signale jederzeit verfügbar macht, wobei die praktische Ausführung besonders einfach ist, da sowohl die Summierung als auch die Differenz der beiden Signale in gleicher Weise unmittelbar erhältlich ist.

Claims

1. Vorrichtung für die Verbreiterung der Stereobasis für stereofonische Tonwiedergabegeräte, bei welchen ein stereofonisches Paar bildende erste und zweite Eingangssignale in zugeordneten direkten Verstärkereinrichtungen verstärkt werden, um ein erstes und ein zweites Ausgangssignal zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale zur Erzielung der Verbreiterung der Stereobasis mittels einer Summiereinrichtung (122) in einer gewünschten, zwischen Gleichphasigkeit und Gegenphasigkeit gewählten Phasenrelation summiert werden und daß das dabei erhaltene summierte Signal in einem einen gewünschten Übertragungsfaktor aufweisenden Reaktionsglied (124) verarbeitet und darauf dem ersten Eingangssignal gegenphasig und dem zweiten Eingangssignal je nachdem, ob die Summierung der Ausgangssignale gleichphasig oder gegenphasig erfolgt, gegenphasig bzw. gleichphasig überlagert wird.

2. Vorrichtung für die Verbreiterung der Stereobasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsglied (124) ein Bandpaßfilter aufweist.

3. Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die direkten Verstärkereinrichtungen (118, 120) jeweils ein Tiefpassfilter aufweisen.

4. Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelband-Übertragungsfaktor des Reaktionsglieds (124) programmierbar ist.

5. Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach der "Volldifferenzial-" technik ausgeführt ist.

6. Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verstärkereinrichtungen (200, 202) für das erste und das zweite Eingangssignal ein invertierender Funktionsverstärker ist, mit einer in Reihe mit seinem Eingang geschalteten ersten Impedanz (204 bzw. 206) und einer seinen Ausgang mit seinem Eingang verbindenden zweiten Impedanz (208 bzw. 210).

7. Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiereinrichtung und das Reaktionsglied in Form einer symmetrischen, H-förmigen Schaltungsanordnung aus Impedanzen (212 bis 220) ausgebildet sind, daß zwei äußere Anschlüsse der H-förmigen Schaltungsanordnung an den entsprechenden Ausgängen der Funktionsverstärker (200, 202) angeschlossen sind und daß die anderen beiden Anschlüsse der H-förmigen Schaltungsanordnung an den entsprechenden Eingängen der Funktionsverstärker angeschlossen sind.

8. Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (216) im gemeinsamen Strang der H-förmigen Schaltungsanordnung eine Kurzschlußimpedanz ist

9. Vorrichtung zur Verbreiterung der Stereobasis nach Anspruch 7 oder8, ausgeführt als Teil einer integrierten MOS-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen Widerstände aufweisen, und daß die Widerstände gemäß der Technik beschalteter Kondensatoren ausgebildet sind.